典型瀝青路面熱再生能耗及溫室氣體排放計(jì)算分析★

崔 穎

(南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210031)

典型瀝青路面熱再生能耗及溫室氣體排放計(jì)算分析★

崔 穎

(南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 210031)

為了分析瀝青路面建設(shè)和維修養(yǎng)護(hù)過(guò)程中的能耗及溫室氣體(GHG)排放情況，以改性瀝青SMA路面為例，調(diào)查分析了路面現(xiàn)場(chǎng)熱再生、廠拌熱再生施工各環(huán)節(jié)的能耗及溫室氣體排放情況，并與傳統(tǒng)的銑刨重鋪工藝進(jìn)行了對(duì)比分析，結(jié)果顯示，現(xiàn)場(chǎng)熱再生所需的能耗最高，廠拌熱再生工藝最低，傳統(tǒng)的銑刨重鋪工藝居中。

能耗，溫室氣體，熱再生，銑刨重鋪

0 引言

全球性能源緊張和氣候變化已成為國(guó)際社會(huì)普遍關(guān)注的重大問(wèn)題，節(jié)能減排已經(jīng)成為國(guó)際社會(huì)的共同責(zé)任。交通運(yùn)輸業(yè)是我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)性產(chǎn)業(yè)，同時(shí)也是用能大戶，根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局的最新數(shù)據(jù)，我國(guó)交通運(yùn)輸行業(yè)能源消耗已占到社會(huì)能源消耗總量的7.8%，交通運(yùn)輸?shù)氖拖目偭考s占全社會(huì)石油消耗總量的30%[1]。

道路建設(shè)是交通運(yùn)輸行業(yè)的重要組成部分，針對(duì)道路建設(shè)如何科學(xué)分解建設(shè)項(xiàng)目的施工過(guò)程，系統(tǒng)測(cè)算建設(shè)過(guò)程各個(gè)環(huán)節(jié)的能耗及溫室氣體排放水平，是目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者都在思考和探索的熱點(diǎn)。歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家在道路建設(shè)LCCA的基礎(chǔ)上又融入了LCA理念，已經(jīng)開展了系統(tǒng)的道路能耗排放指標(biāo)的計(jì)算分析，對(duì)路面施工過(guò)程進(jìn)行分解，分別考慮了原材料生產(chǎn)運(yùn)輸、混合料拌合、路面攤鋪壓實(shí)等施工環(huán)節(jié)。有些機(jī)構(gòu)還從全壽命周期角度進(jìn)行了分析，包括路面養(yǎng)護(hù)和再生重建等壽命周期過(guò)程[2-7]。形成了評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，建立了部分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并且編制了相關(guān)計(jì)算軟件。由于國(guó)內(nèi)外的施工工藝、施工設(shè)備、原材料等各個(gè)方面都有所差異，國(guó)內(nèi)在對(duì)相關(guān)養(yǎng)護(hù)技術(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，并不能直接照搬國(guó)外的數(shù)據(jù)，因此必須結(jié)合國(guó)內(nèi)的具體工藝，開展相關(guān)調(diào)查研究，形成準(zhǔn)確可靠的本地基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)。國(guó)內(nèi)部分學(xué)者已經(jīng)開展了路面建設(shè)和養(yǎng)護(hù)施工過(guò)程中的能耗及二氧化碳排放的測(cè)算分析工作[8-10]，但是還沒(méi)有形成系統(tǒng)的評(píng)價(jià)體系和全面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)，如還缺乏路面熱再生養(yǎng)護(hù)施工的能耗統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)。為此，本文調(diào)查分析了熱拌瀝青混合料的生產(chǎn)施工、瀝青路面現(xiàn)場(chǎng)熱再生、廠拌熱再生施工中的能耗及溫室氣體排放情況，并與傳統(tǒng)銑刨重鋪工藝中的能耗及溫室氣體排放情況進(jìn)行對(duì)比分析，調(diào)查數(shù)據(jù)和分析結(jié)果可以為瀝青路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)的選擇和節(jié)能減排效果的評(píng)價(jià)提供科學(xué)依據(jù)。

1 分析范圍和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

1.1 分析范圍

本文能耗分析范圍包括瀝青、集料等原材料的生產(chǎn)、運(yùn)輸，瀝青混合料的拌和、運(yùn)輸、攤鋪碾壓，路面養(yǎng)護(hù)維修中的銑刨、攤鋪碾壓等施工過(guò)程中的能源消耗，不包括基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，施工機(jī)械的生產(chǎn)等過(guò)程中的能源消耗。

對(duì)最終的計(jì)算結(jié)果影響較小，可以忽略不計(jì)的摻量較少的原材料生產(chǎn)以及施工環(huán)節(jié)中的能源消耗不在分析范圍之內(nèi)。

1.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

表1 各種原材料生產(chǎn)的能耗及溫室氣體排放系數(shù)

2 瀝青路面施工過(guò)程中的能耗

在我國(guó)JTG/T B06—02—2007公路工程預(yù)算定額、JTG/T B06—03—2007公路工程機(jī)械臺(tái)班費(fèi)用定額等規(guī)范文件中，對(duì)材料用量、機(jī)械臺(tái)班、能源消耗已有較為詳細(xì)的定額。本文采用該定額數(shù)據(jù)，對(duì)瀝青混合料施工各環(huán)節(jié)的能源消耗情況進(jìn)行調(diào)查分析。

以SMA路面為例，《公路工程預(yù)算定額》給出了拌和、運(yùn)輸、攤鋪碾壓等施工過(guò)程中各機(jī)械設(shè)備臺(tái)班的定額，《公路工程機(jī)械臺(tái)班費(fèi)用定額》給出了各機(jī)械臺(tái)班動(dòng)力燃料的定額。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，將機(jī)械臺(tái)班定額乘以對(duì)應(yīng)的臺(tái)班動(dòng)力燃料定額，便可以計(jì)算得到建設(shè)單位體積路面實(shí)體過(guò)程中拌和、運(yùn)輸、攤鋪碾壓等施工環(huán)節(jié)的能源消耗量，如表2所示。

表2 SMA混合料施工過(guò)程能源消耗量

根據(jù)能耗及溫室氣體轉(zhuǎn)換系數(shù)，可以計(jì)算得到每噸SMA路面實(shí)體過(guò)程中拌和、運(yùn)輸、攤鋪碾壓等施工環(huán)節(jié)的能源消耗及溫室氣體排放量，并將原材料生產(chǎn)過(guò)程中所需的能耗及排放情況匯總(油石比為6.0%)，如表3所示。

表3 SMA混合料施工過(guò)程能耗及溫室氣體排放量

3 瀝青路面養(yǎng)護(hù)維修過(guò)程中的能耗

假設(shè)某上面層為4 cm改性瀝青SMA的瀝青路面發(fā)生病害，需進(jìn)行養(yǎng)護(hù)維修，分別采用傳統(tǒng)的銑刨重鋪工藝、現(xiàn)場(chǎng)熱再生工藝、廠拌熱再生工藝對(duì)上面層進(jìn)行處治。本文為了比較各種養(yǎng)護(hù)工藝在能耗方面的差別，暫不區(qū)分其適用性，例如，假設(shè)銑刨的RAP料經(jīng)過(guò)廠拌熱再生后，可以用于上面層。此外，再生劑的用量較小，對(duì)結(jié)果的影響不大，可忽略不計(jì)。為了便于比較分析，混合料壓實(shí)密度統(tǒng)一按照2.5 g/cm3計(jì)算。

3.1 銑刨重鋪工藝

如果采用傳統(tǒng)的銑刨重鋪工藝對(duì)上面層進(jìn)行處治，與新建路面相比，在施工工藝方面增加了銑刨的過(guò)程，在材料方面增加了粘結(jié)層材料，在運(yùn)輸方面增加了舊料的運(yùn)輸過(guò)程，其他環(huán)節(jié)相同。

1)銑刨過(guò)程。如采用典型的銑刨寬度為2 m的銑刨機(jī)對(duì)老路面進(jìn)行銑刨，其發(fā)動(dòng)機(jī)滿負(fù)荷油耗為124 L/h(柴油密度為0.84 kg/L)，假設(shè)在80%功率下工作。銑刨機(jī)在銑刨深度4 cm時(shí)銑刨速度約6 m/min，這樣每小時(shí)銑刨約720 m2，則平均能耗為49.36 MJ/t，溫室氣體排放為3.67 kg/t。2)舊料運(yùn)輸20 km，能耗與溫室氣體排放情況和新料運(yùn)輸相同(見表3)，即能耗33.55 MJ/t，溫室氣體排放為2.49 kg/t。3)采用改性乳化瀝青作為粘結(jié)層材料，平均用量為0.5 kg/m2，根據(jù)歐洲瀝青協(xié)會(huì)的數(shù)據(jù)(見表1)，則平均能耗為16.05 MJ/t，溫室氣體排放為1.10 kg/t。

最終的銑刨重鋪施工能耗及溫室氣體排放量如表4所示。

表4 銑刨重鋪施工過(guò)程能耗及溫室氣體排放量

3.2 現(xiàn)場(chǎng)熱再生工藝

本文以山東省具有知名度的蔬菜品牌“膠州大白菜”為例，對(duì)品牌發(fā)展的具體運(yùn)行機(jī)制和成效收益進(jìn)行剖析，尋找品牌建設(shè)及發(fā)展的有效思路，厘清品牌現(xiàn)階段存在的問(wèn)題，探求果蔬產(chǎn)品品牌化發(fā)展的新路徑。

為了分析現(xiàn)場(chǎng)熱再生工藝的能耗及排放情況，本文對(duì)兩項(xiàng)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)拌熱再生實(shí)際工程的能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行了調(diào)查分析，兩項(xiàng)工程分別采用了兩種國(guó)內(nèi)典型的現(xiàn)場(chǎng)熱再生設(shè)備：

工程一：對(duì)4 cm改性瀝青AC-13上面層進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)熱再生，工程量為29 848 m2，新瀝青混合料添加量為12%，加熱、銑刨、復(fù)拌過(guò)程中共消耗液化石油氣37.52 t和柴油8.84 t，折合能耗為757.09 MJ/t，溫室氣體排放為49.23 kg/t。工程二：對(duì)4 cm改性瀝青SMA-13上面層進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)熱再生，工程量為16 050 m2，新瀝青混合料添加量為15%，加熱、銑刨、復(fù)拌過(guò)程中共消耗柴油27 t，折合能耗為717.51 MJ/t，溫室氣體排放為53.35 kg/t。

新添加瀝青混合料的生產(chǎn)，材料的運(yùn)輸，攤鋪碾壓與新建路面的施工工藝相同。取兩項(xiàng)工程的平均值作為計(jì)算結(jié)果，最終的現(xiàn)場(chǎng)熱再生能耗及溫室氣體排放量如表5所示。

表5 現(xiàn)場(chǎng)熱再生施工過(guò)程能耗及溫室氣體排放量

3.3 廠拌熱再生工藝

在廠拌熱再生方法中，一種常用的工藝是加裝附樓式瀝青混合料再生設(shè)備。該設(shè)備與間歇式瀝青混合料攪拌設(shè)備配套使用，將回收料置于一個(gè)專門的干燥滾筒內(nèi)加熱，然后輸送至原拌合樓的攪拌缸中。這種改造方式不影響拌和設(shè)備的產(chǎn)量，可生產(chǎn)RAP材料用量高達(dá)50%的再生瀝青混合料。這已成為目前高RAP摻量廠拌熱再生的主要工藝，本文以該工藝為背景，分析其能耗及排放情況。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，RAP料干燥滾筒的平均燃料油用量約為6.0 kg/t(RAP料含水量3%～5%，加熱至90 ℃～110 ℃)，附樓式再生設(shè)備的電力用量約為1.75 kWh/t。廠拌熱再生中，需要通過(guò)提高新集料的加入溫度，傳遞給RAP料，以達(dá)到拌和溫度，因此，原拌合樓的能耗通常比普通拌合樓的能耗高1 kg/t左右。

根據(jù)以上調(diào)查數(shù)據(jù)，廠拌熱再生拌和所需的總能耗為普通拌和能耗加上熱再生所需的額外能耗，即:

1)RAP摻量為10%時(shí)，總能耗為(289.75 MJ/t+41.82 MJ/t)×0.9+257.19 MJ/t×0.1=324.13 MJ/t；溫室氣體排放為：(25.12 kg/t+3.25 kg/t)×0.9+21.18 kg/t×0.1=27.65 kg/t。

2)RAP摻量為30%時(shí)，總能耗為(289.75 MJ/t+41.82 MJ/t)×0.7+257.19 MJ/t×0.3=309.26 MJ/t；溫室氣體排放為：(25.12 kg/t+3.25 kg/t)×0.8+21.18 kg/t×0.2=26.21 kg/t。

3)RAP摻量為50%時(shí)，總能耗為(289.75 MJ/t+41.82 MJ/t)×0.5+257.19 MJ/t×0.5=294.38 MJ/t；溫室氣體排放為：(25.12 kg/t+3.25 kg/t)×0.5+21.18 kg/t×0.5=24.78 kg/t。

路面銑刨、材料運(yùn)輸、粘結(jié)層施工工藝與銑刨加鋪工藝相同，最終的廠拌熱再生能耗及溫室氣體排放量如表6所示。

表6 廠拌熱再生施工過(guò)程能耗及溫室氣體排放量

4 結(jié)果分析

將新建瀝青路面、銑刨重鋪、現(xiàn)場(chǎng)熱再生、廠拌熱再生施工工藝各環(huán)節(jié)的能耗及溫室氣體排放結(jié)果匯總。

由結(jié)果可以看出：1)與新建瀝青路面相比，維修養(yǎng)護(hù)活動(dòng)所需的能耗相對(duì)較高。2)在各種維修養(yǎng)護(hù)施工工藝中，現(xiàn)場(chǎng)熱再生所需的能耗最高，廠拌熱再生工藝最低，傳統(tǒng)的銑刨重鋪工藝居中。3)與傳統(tǒng)的銑刨重鋪工藝相比，現(xiàn)場(chǎng)熱再生所需的能耗較高，其中用于原路面加熱和再生混合料復(fù)拌的能耗占主要部分，達(dá)到80%以上，已經(jīng)超過(guò)路面舊料重復(fù)利用所節(jié)約的能耗。4)與傳統(tǒng)的銑刨重鋪工藝相比，廠拌熱再生所需的能耗較低，且隨著RAP摻量的提高，節(jié)約的能耗越多，主要是由于路面舊料的重復(fù)利用節(jié)約了能耗。5)溫室氣體排放結(jié)果與能耗結(jié)果具有較好的相關(guān)性，兩種的規(guī)律基本一致。

5 結(jié)論及建議

本文對(duì)新建瀝青路面和瀝青路面熱再生等維修養(yǎng)護(hù)活動(dòng)中的能耗和溫室氣體排放結(jié)果進(jìn)行了測(cè)算和比較分析，得到一些有意義的結(jié)論。與傳統(tǒng)的銑刨重鋪工藝相比，現(xiàn)場(chǎng)熱再生所需的能耗較高，其中用于原路面加熱和再生混合料復(fù)拌的能耗占主要部分，且已超過(guò)路面舊料重復(fù)利用所節(jié)約的能耗。廠拌熱再生所需的能耗相對(duì)較低，且隨著RAP摻量的提高，節(jié)約的能耗越多，主要是由于路面舊料的重復(fù)利用節(jié)約了能耗。本文分析結(jié)果可以為路面養(yǎng)護(hù)措施的決策提供一項(xiàng)依據(jù)。但需要說(shuō)明的是，本文僅僅從節(jié)能減排角度進(jìn)行了分析，在制定實(shí)際的養(yǎng)護(hù)方案時(shí)，還需要從適用性、經(jīng)濟(jì)性以及社會(huì)效益等方面綜合考慮。

[1] 中國(guó)統(tǒng)計(jì)局.中國(guó)能源統(tǒng)計(jì)年鑒2011[M].北京：中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社，2011.

[2] Canadian Construction Association.Road Rehabilitation Energy Reduction Guide for Canadian Road Builders.CCA-Ontario,2005.

[3] Austroads Ltd.Carbon and asphalt: a review of environmental factors including emission calculators,Australia,2012.

[4] Chappat,M.,Bilal,J..The Environmental Road of the Future:Life Cycle Analysis,Energy Consumption and Greenhouse Gas Emissions.Colas Group,2003.

[5] Jim Chehovits.Energy Usage and Greenhouse Gas Emissions of Pavement Preservation Processes for Asphalt Concrete Pavements.The First International Conference on Pavement Preseration,2010.

[6] The Transport Authorities Greenhouse Group. Greenhouse gas assessment workbook for road projects,Australia,2011.

[7] Zeliha Temren, Ibrahim Sonmez. A study on energy consumption and carbon footprint of asphalt and concrete mixtures. 5th Eurasphalt & Eurobitume Congress,Istanbul,2012.

[8] 秦永春,黃頌昌,徐 劍,等.溫拌瀝青混合料節(jié)能減排效果的測(cè)試與分析[J].公路交通科技,2009,26(8):33-38.

[9] 程 玲,閆國(guó)杰,陳德珍,等.溫拌瀝青混合料攤鋪節(jié)能減排效果的定量化研究[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào),2010,4(9):2151-2155.

[10] 徐 劍.冷再生技術(shù)節(jié)能減排效果分析[A].上海:第四屆國(guó)際路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)論壇[C].2010.

[11] IPCC Guidelines for National Greenhouse Gas Inventories, Volume 2 Energy,2006:21-24.

[12] European Bitumen Association. Life Cycle Inventory: Bitumen,2011.

[13] 四川大學(xué)&億科環(huán)境.中國(guó)生命周期基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)(Chinese Life Cycle Database，CLCD)[DB/OL].

Calculation analysis on hot-reclamation energy consumption and greenhouse gases emission of typical asphalt pavement★

Cui Ying

(NanjingVocationalCollegeofRailway,Nanjing210031,China)

In order to analyze energy consumption and GHG emission conditions in asphalt pavement construction and maintenance process, taking SMA pavement as an example, the paper investigates the energy consumption and greenhouse gas emission conditions in the pavement field hot-reclamation and plant-mixed hot recycling, and makes a comparison analysis with traditional milling and resurfacing technology. Results show that: the energy consumption of in-situ hot-reclamation is the highest, the plant-mixed hot recycling technology is the lowest; and the traditional milling and resurfacing technology is in medium level.

energy consumption, greenhouse gases, hot-reclamation, milling and resurfacing

1009-6825(2015)30-0130-03

2015-08-11★:南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級(jí)課題(課題編號(hào)：Y14014)

崔 穎(1981- )，男，博士，講師

U416.217

A